在玉米收获过程中,需要使用专门的脱粒机械将玉米籽粒从玉米芯上分离下来,由此可见,脱粒机械的性能直接影响到最终的玉米收获产量。目前而言,国内外研究玉米脱粒机械时主要使用试验方法和连续介质力学分析方法,但效果都不理想,不能准确模拟出现实生产中玉米脱粒的实际状况。为了解决以上问题,本课题组研制出采用离散元方法模拟玉米脱粒过程的仿真软件,在此基础上,本文结合计算流体动力学理论,改进了原有的玉米脱粒过程仿真软件。本文重新设计了原有脱粒软件的整体架构,实现了脱粒软件与课题组开发的离散元法新软件的整合,并对脱粒软件的不足之处进行了改进。在仿真脱粒过程中,原有脱粒软件建立的玉米果穗模型包括玉米籽粒和玉米芯,但无法模拟出真实玉米果穗上存在的籽粒间隙,为了让仿真结果更加符合真实的脱粒过程,本文添加了玉米籽粒间隙参数设置功能。而且,原有的脱粒过程计算代码仍存在一些问题,导致籽粒从玉米芯上脱落后掉到边界上时仍不停抖动乱飞,或者在执行邻居搜索过程时出现死机等问题。本文对脱粒计算代码做出改动,通过为玉米籽粒选取新的转动惯量计算公式,成功解决了籽粒抖动乱飞的现象,并避免了执行邻居搜索时出现软件死机的问题。鉴于用户使用脱粒软件仿真时涉及到大量参数,手动设置的测试效率极为低下,所以本文对脱粒参数设置界面进行改进,并添加了脱粒计算参数的保存和查询功能,允许用户快速查找仿真过程设置的计算参数,方便用户分析对比多组仿真结果的相应计算参数。脱粒软件仿真计算结束后,需要打开生成的仿真结果文件进行性能分析,观察脱粒机械上各个部件的受力情况,进而分析改进脱粒机械的部件设计工作。原有软件在分析部件上受力时,只能观察部件在全局坐标系下的边界合力,分析能力有限。为了提升软件的分析能力,本文通过建立新的局部坐标系,以及局部坐标系和全局坐标系之间的变换矩阵,实现了任意坐标系下计算边界合力和边界合力矩的功能。在实际分析过程中,当机械部件边界数量较大时,原有软件的边界受力分析过程消耗大量时间,影响软件的分析效率,所以本文分析并优化了边界受力文件的保存过程,通过减少冗余保存操作,显著提升了软件分析边界受力的速度。原有软件在仿真流体计算时要求流体必须一直存在,不能自由设置流体的加载时刻,导致软件仿真流体的应用范围较小。在后续改进工作中,本文添加了软件对流体仿真的定时加载功能,允许用户设置流体的开始加载时刻和流体的持续运动时间,大幅提高了CFD仿真计算功能的灵活性。鉴于在玉米脱粒过程中,部分脱粒机械工作时使用气力清选等技术,所以本文为仿真玉米脱粒过程也添加了流体计算功能,通过将玉米颗粒近似看作球体,结合仿真流体与球颗粒耦合运动的方法,实现了玉米脱粒过程的DEM-CFD耦合计算功能。在软件开发后期,维护代价越来越高昂,考虑到微软提供的动态链接库技术能辅助代码模块化设计开发工作,减少开发人员的重复性劳动,有利于后期项目维护,所以本文采用动态链接库技术对CFD仿真计算模块进行封装,提升仿真软件的开发效率,并降低了不同模块之间的冲突。针对以上改进工作,本文设计了多组对应测试用例。考虑到玉米果穗模型的分段构造特点,本文分别测试了单段玉米果穗,完整玉米果穗和单独玉米籽粒的仿真计算过程,测试结果表明:DEM-CFD耦合仿真玉米脱粒过程时,玉米颗粒的运动轨迹会受到流体作用力而发生偏转,单独玉米籽粒掉落到边界后,也没有出现不停抖动乱飞的现象;CFD定时加载功能限定颗粒只在流体加载时间内受到流体作用力,其它时间段内颗粒只受重力和碰撞产生的接触力影响;分析边界受力时,通过设置多组不同的局部坐标系,可以将边界受力变换到任意方向,并求解该方向下的边界力矩。根据以上测试结果,说明改进后的脱粒软件能够更加准确的模拟玉米脱粒过程,对仿真结果的机械部件性能分析能力也显著提高。